JP4336137B2 - 発光素子収納用パッケージおよび発光装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード等の発光素子を用いた表示装置等に用いられる、発光素子を収納するための発光素子収納用パッケージおよび発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオード等の発光素子を収納するための発光素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）として、セラミック製のパッケージが用いられており、その一例を図10に示す（例えば、下記の特許文献１参照）。同図に示すように、従来のパッケージは、複数のセラミック層が積層されて成るとともに上面に凹部14が形成されている直方体状の絶縁基体の凹部14の底面に発光素子13を搭載するための導体層から成る搭載部12が設けられた基体11と、基体11の搭載部12およびその周辺から基体11の下面に形成された一対の配線層15とから主に構成されている。
【０００３】
そして、一方の配線層15の一端が電気的に接続された搭載部12上に発光素子13を導電性接着剤、半田等を介して載置固定するとともに、発光素子13の電極と他方の配線導体15とをボンディングワイヤ16を介して電気的に接続し、しかる後、基体11の凹部14内に図示しない透明樹脂を充填して発光素子13を封止することによって、発光装置が作製される。
【０００４】
また、凹部14の内周面で発光素子13の光を反射させてパッケージの上方に光を放射させるために、凹部14の内周面にニッケル（Ｎｉ）めっき層や金（Ａｕ）めっき層を表面に有するメタライズ層からなる金属層17を被着させていることもある。
【０００５】
また、上記のパッケージはセラミックグリーンシート積層法により以下のようにして製作される。まず、基体11の搭載部12（搭載部から下側）を形成するためのセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）と、基体11の凹部14を形成するためのグリーンシートとを準備し、これらのグリーンシートに配線導体15を導出させるための貫通孔や凹部14となる貫通穴を打ち抜き法で形成する。
【０００６】
次に、搭載部12を形成するためのグリーンシートの積層体Ａの貫通孔および所定の部位に、メタライズ層から成る配線層15形成用の導体ペーストをスクリーン印刷法等で印刷塗布し、また凹部14の内周面にメタライズ層を被着する場合、凹部14を形成するためのグリーンシートの積層体Ｂの貫通穴内面に金属層17形成用の導体ペーストをスクリーン印刷法等で印刷塗布する。
【０００７】
次に、積層体Ａと積層体Ｂとを重ねて接着して基体11を形成するための積層体とし、これを所定寸法に切断して成形体となし、高温（1600℃程度）で焼成して焼結体となす。その後、配線層15および金属層17の露出表面にニッケル，金，パラジウム，白金等の金属から成るめっき金属層を無電解めっき法や電解めっき法により被着させることによって、パッケージが製作される。
【０００８】
【特許文献１】
特開2002−232017号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパッケージにおいては、スクリーン印刷法で凹部１４の内周面に導体ペーストを印刷塗布して、金属層１７を形成することから、導体ペーストの粘度等の影響により、凹部１４の上部と下部とで金属層１７の厚みが異なりやすく、凹部１４の内周面に所望の均一な厚さおよび角度で金属層１７を形成するのが困難になるという問題点を有していた。また、金属層１７の表面粗さもばらつきやすいという問題点を有していた。従って、発光素子１３が発光する光を効率よく反射し、外部に均一に放射しにくくなるという問題点を有していた。
【００１０】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、発光素子が発光する光を良好に反射して、外部に均一かつ効率良く放射することができる発光素子収納用パッケージおよび発光装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光素子収納用パッケージは、絶縁基体の上面に発光素子を収容するための凹部が設けられるとともに、該凹部の底面に前記発光素子が搭載される搭載部および前記発光素子の電極が電気的に接続される配線層が形成されている発光素子収納用パッケージであって、前記凹部にその底面から前記絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように内面が傾斜した金属製の枠体が、その外面が前記凹部の内周面に接着されて嵌着されており、前記凹部の内周面および前記枠体の外面が前記凹部の底面から前記絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように傾斜していることを特徴とする。
【００１２】
本発明の発光素子収納用パッケージは、凹部にその底面から絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように内面が傾斜した金属製の枠体が、その外面が凹部の内周面に接着されて嵌着されており、凹部の内周面および枠体の外面が凹部の底面から絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように傾斜していることから、凹部の内周面の表面状態に影響を受けることはなく、発光素子が発光する光を金属製の枠体の内面で良好に反射し、外部に均一かつ効率良く反射することができる。また、凹部の内周面および枠体の外面が凹部の底面から絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように傾斜していることから、凹部の内周面や上端部に若干の変形や反り等が発生したとしても、この変形や反り等に影響をあまり受けることなく、枠体を容易に凹部内に挿入することができる。
【００１３】
本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは、前記枠体は、アルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成ることを特徴とする。
【００１４】
本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは枠体はアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成ることから、発光素子が発光する光をさらに枠体でより良好に反射することができ、効率良くかつ均一に外部に放射することができる。
【００１５】
また、本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは、前記枠体は、表面にアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成る金属層が被着されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは枠体は表面にアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成る金属層が被着されていることから、発光素子が発光する光を枠体に被着されている金属層でより良好に反射することができ、効率良くかつ均一に外部に放射することができる。
【００１７】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部に搭載されるとともに前記配線層に電気的に接続された発光素子と、該発光素子を覆う透明樹脂とを具備していることを特徴とする。
【００１８】
本発明の発光装置は、上記の構成により、発光素子が発光する光を良好に反射し、均一かつ効率良く外部に放射することができる、発光効率の高い高性能のものとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の発光素子収納用パッケージを以下に詳細に説明する。図１は本発明のパッケージについて実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は図１におけるパッケージの平面図であり、これらの図において、１は絶縁基体、２は発光素子３の搭載部、３は発光素子、４は発光素子３を収容するための凹部である。
【００２０】
本発明のパッケージは、絶縁基体１の上面に発光素子３を収容するための凹部４が設けられるとともに、凹部４の底面に発光素子３が搭載される搭載部２および発光素子３の電極が電気的に接続される配線層５ａ，５ｂが形成されているものであって、凹部４にその底面から絶縁基体１の上面に向けて外側に広がるように内面が傾斜した金属製の枠体８が、その外面が凹部４の内周面に接着されて嵌着されており、凹部４の内周面および枠体８の外面が凹部４の底面から絶縁基体１の上面に向けて外側に広がるように傾斜している。
【００２１】
本発明の絶縁基体１はセラミックスや樹脂から成り、セラミックスからなる場合、例えば酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス質焼結体等のセラミックスから成る絶縁層を複数層積層してなる直方体状の箱状体であり、上面の中央部に発光素子３を収容するための凹部４が形成されている。絶縁基体１が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、グリーンシートに凹部４用の貫通孔を打ち抜き加工で形成するとともに、発光素子３を搭載するためのグリーンシートと凹部４用のグリーンシートとを複数枚積層し、高温（約1600℃）にて焼成し、一体化することで形成される。
【００２２】
また、凹部４の底面には発光素子３を搭載するための導体層から成る搭載部２が形成されており、搭載部２はタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），銅（Ｃｕ），銀（Ａｇ）等の金属粉末のメタライズ層から成っている。
【００２３】
また、絶縁基体１は、搭載部２およびその周辺から絶縁基体１の下面に形成された配線層５ａ，５ｂが被着形成されている。配線層５ａ，５ｂは、ＷやＭｏ等の金属粉末のメタライズ層から成り、凹部４に収容された発光素子３を外部に電気的に接続するための導電路である。そして、搭載部２には発光ダイオード（ＬＥＤ），半導体レーザ（ＬＤ）等の発光素子３が金（Ａｕ）−シリコン（Ｓｉ）合金やＡｇ−エポキシ樹脂等の導電性接合材により固着されるとともに、配線層５ｂには発光素子３の電極がボンディングワイヤ６を介して電気的に接続されている。そして、基体１下面の配線層５ａ，５ｂが外部電気回路基板の配線導体に接続されることで発光素子３の各電極と電気的に接続され、発光素子３へ電力や駆動信号が供給される。また、発光素子３は搭載部２および配線層５ｂにフリップチップ実装により接続されても構わない。
【００２４】
配線層５ａ，５ｂは、例えばＷやＭｏ等の金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを基体１となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、基体１の所定位置に被着形成される。
【００２５】
なお、配線層５ａ，５ｂおよび搭載部２の露出する表面に、ニッケル（Ｎｉ），金（Ａｕ），Ａｇ等の耐蝕性に優れる金属を１〜20μｍ程度の厚みで被着させておくのがよく、配線層５ａ，５ｂおよび搭載部２が酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、搭載部２と発光素子３との固着および配線層５ｂとボンディングワイヤ６との接合、配線層５ａ，５ｂと外部電気回路基板の配線導体との接合を強固にすることができる。従って、配線層５ａ，５ｂおよび搭載部２の露出表面には、厚さ１〜10μｍ程度のＮｉめっき層と厚さ0.1〜３μｍ程度のＡｕめっき層またはＡｇめっき層とが、電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されていることがより好ましい。
【００２６】
そして、本発明において、凹部４にその底面から絶縁基体１の上面に向けて外側に広がるように内面が傾斜した金属製の枠体８が嵌着されている。これにより、凹部４の内周面の表面状態に影響を受けることなく、発光素子３が発光する光を枠体８の内面で良好に反射し、均一かつ効率良く反射することができる。この枠体８は、樹脂接着剤により凹部４の内周面に接着されて嵌着されており、凹部４の内周面に接合用のメタライズ層を形成し、Ａｇろう等によりろう付けして接合されていても良い。また、凹部４内に発光素子３を収容し、ボンディングワイヤ６等を介して電気的接続を行った後に、凹部４内に封入する透明樹脂によって、発光素子３とともに枠体８内面を覆って封止し、枠体８が凹部４に嵌着された状態としても良い。
【００２７】
また、枠体８の貫通穴の内面の表面の算術平均粗さＲａは１〜３μmが好ましい。１μm未満であると、凹部４内に収容された発光素子３が発光する光を均一に反射させることが難しくなり、反射する光の強さに偏りが発生し易くなる。３μmを超えると、凹部４内に収容された発光素子３が発光する光が散乱し、反射光を高い反射率で外部に均一に放射することが困難になる。
【００２８】
また、枠体８が嵌着される凹部４は、横断面形状が円形状、長円形状、楕円形状、四角形状等であっても良い。また、図３の断面図で示すように、凹部４の内周面および枠体８の外面を凹部４の底面から絶縁基体１の上面に向けて広がるように５〜１５°程度（θ２：７５〜８５°程度）の若干の角度を有するように傾斜させ、このことから、凹部４の内周面や上端部に若干の変形や反り等が発生したとしても、この変形や反り等に影響をあまり受けることなく、枠体８を容易に凹部４内に挿入することができる。
【００２９】
さらに、図４にパッケージの断面図で示すように、枠体８の上端部に絶縁基体１の上面に延出するように外側に折り曲げられた延出部が形成されていてもよく、この場合枠体８の凹部４への上下方向での嵌め込み位置を正確に位置決めすることができる。また、枠体８の下面と凹部４の底面との間に隙間が形成されるようにすることができ、枠体８と搭載部２および配線層５ａ，５ｂとが接触して短絡等が発生するのを防ぐことができ、また、その隙間の部位の凹部４の底面に搭載部２や配線層５ａ，５ｂを形成することでそれらの形成領域を広くすることができ、さらに、その隙間に発光素子３を覆う透明樹脂が入り込むようにして凹部４内に透明樹脂を強固に接着することができる。この場合、絶縁基体１の上面と凹部４との間に段差を形成して、その段差に枠体８の上端部の延出部が係止されるようにしてもよい。
【００３０】
また、図５にパッケージの断面図で示すように、枠体８の内面で発光素子３の発光部よりも低い部位を凹部４の底面に直交するように形成してもよく、この場合凹部４の底面の面積が増大するとともに枠体８と搭載部２および配線層５ｂとが接触して短絡等が発生するのを防ぐことができる。
【００３１】
本発明の発光素子収納用パッケージにおいては、枠体８の貫通穴が円錐台形状、長円錐台形状、楕円錐台形状の略円錐台形状、または四角錐台形状等の多角錐台形状であるのがよく、この場合、発光素子３が発光する光を枠体８で良好に反射し、外部に均一かつ効率良く放射することができる。特に、円錐台形状であるのがよく、凹部４に収容された発光素子３が発光する光を枠体８内面で満遍なく反射させて外部に極めて均一に放射することができるという利点がある。
【００３２】
また、図２においては、横断面形状が円形状の凹部４に円錐台形状の貫通穴が形成された枠体８が嵌着されているが、凹部４の形状と枠体８の貫通穴の形状は異なっていても良く、図６に平面図で示すように、四角形状の凹部４に円錐台形状の貫通穴が形成された枠体８を嵌着しても良いし、図７に平面図で示すように、四角形状の凹部４に四角錐台形状の貫通穴が形成された枠体８を嵌着しても良い。
【００３３】
また、枠体８の貫通穴の内面は、凹部４の底面から絶縁基体１の上面に向けて35〜70°の角度θ１で外側に広がっていることが好ましい。角度θ１が70°を超えると、凹部４内に収容された発光素子３が発光する光を外部に対して良好に反射することが困難となる傾向にある。一方、角度θ１が35°未満であると、枠体８が大型化しパッケージが大型化してしまう。
【００３４】
また、図８にパッケージの断面図に示すように、枠体８の内面が凹んだ曲面とされていてもよく、この場合発光素子３の光をほぼ平行光として収束させて高い輝度で外部に反射させることができる。また、この場合は、枠体８の貫通穴の横断面形状は円形状であることが好ましい。なお、図８のものにおいて、枠体８の内面の傾斜角度は、例えば枠体８の内面の上端と下端とを結ぶ線分によって規定される。
【００３５】
また、枠体８は、好ましくはアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成ることから、発光素子３が発光する光を枠体８でより良好に反射することができ、効率良くかつ均一に外部に放射することができる。特に、枠体８はアルミニウムから成るのがよく、この場合、枠体８が酸化腐食されにくいとともに、発光素子３の光波長の変動による光の反射率の変動も小さくなるので、広い用途に使用することができる。
【００３６】
また、枠体８として、アルミニウム（熱膨張係数約23.5×10−６／℃程度），銀（熱膨張係数約19.1×10−６／℃程度），金（熱膨張係数約14.1×10−６／℃程度），パラジウム（熱膨張係数約11.8×10−６／℃程度）または白金（熱膨張係数約8.8×10−６／℃程度）を用いる場合、絶縁基体１と枠体８との間に、熱膨張係数が絶縁基体１と枠体８との間にある金属板を介装させても良い。例えば、絶縁基体１としてアルミナセラミックス（熱膨張係数７×10−６〜８×10−６／℃程度）等から成るものを用いる場合、絶縁基体１と枠体８との熱膨張係数差により発生する熱応力を緩和するために、絶縁基体１と枠体８との間にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（熱膨張係数６×10−６〜10×10−６／℃程度）、Ｃｕ−Ｗ合金（熱膨張係数６×10−６〜11×10−６／℃程度）等の、より枠体８に熱膨張係数の近い金属板を用いるのがよい。これにより、絶縁基体１と枠体８との熱膨張係数差により発生する熱応力を緩和して、枠体８の剥がれ等を有効に防止することができる。
【００３７】
なお、枠体８は、アルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかを主成分とする合金であっても良い。
【００３８】
また、本発明における枠体８は、表面にアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成る金属層が被着されていることが好ましく、発光素子３が発光する光を枠体８に被着された金属層で良好に反射して、効率良くかつ均一に外部に放射することができる。このような枠体８は、図９に示すように、枠体８の内面にアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成る金属層８ａを被着したものである。特に、金属層８ａはアルミニウムから成るのがよく、酸化腐食やマイグレーション等の不具合が発生しにくいとともに、発光素子３の光波長の変動による光の反射率の変動も小さくなるので、広い用途に使用することができる。
【００３９】
また、枠体８として絶縁基体１に熱膨張係数の近い材質のものを使用するとよい。例えば、絶縁基体１としてアルミナセラミックス（熱膨張係数７×10−６〜８×10−６／℃程度）等から成るものを用い、枠体８として絶縁基体１に熱膨張係数の近いＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（熱膨張係数６×10−６〜10×10−６／℃程度）等を使用すると、枠体８の剥がれ等を有効に防止することができる。このような枠体８に金属層８ａを被着すると、枠体８を絶縁基体１に強固に嵌着することができるとともに、発光素子３の発光する光に対する反射率を高いものとすることができる。
【００４０】
また、金属層８ａは、枠体８の発光素子３側の表面（内面）にのみ被着していても良いし、枠体８の全面に被着していてもよい。
【００４１】
なお、金属層８ａはアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかを主成分とする合金層であっても良い。
【００４２】
本発明の発光装置は、本発明のパッケージと、搭載部２に搭載された発光素子３と、発光素子３を覆うシリコーン樹脂等の透明樹脂とを具備している。これにより、発光素子３が発光する光を良好に反射し、均一かつ効率良く外部に放射することができる、発光効率の高い高性能のものとなる。発光素子３を覆う透明樹脂は、発光素子３およびその周囲のみを覆っていてもよいし、凹部４内に充填されて発光素子３を覆っていてもよい。
【００４３】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。例えば、図11にパッケージの断面図で示すように、搭載部２は、凹部４の底面の絶縁基体１上面の搭載領域として、凹部４の底面に樹脂接着剤等の接合材を介して発光素子３を直接搭載するものとし、搭載部２の周囲に発光素子３の電極が接続される配線層５ａ，５ｂを形成していても良い。この場合、搭載部２に発光素子３が搭載されるとともに、配線層５ａ，５ｂに発光素子３の電極がボンディングワイヤ６ａ，６ｂを介して電気的に接続される。また、金属製の枠体８と金属層８ａとの間にニッケル等から成る金属層を介在させていても良い。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、絶縁基体の上面に形成された凹部にその底面から絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように内面が傾斜した金属製の枠体が、その外面が凹部の内周面に接着されて嵌着されており、凹部の内周面および枠体の外面が凹部の底面から絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように傾斜していることから、凹部の内周面の表面状態に影響を受けることはなく、発光素子が発光する光を金属製の枠体の内面で良好に反射し、外部に均一かつ効率良く反射することができる。また、凹部の内周面および枠体の外面が凹部の底面から絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように傾斜していることから、凹部の内周面や上端部に若干の変形や反り等が発生したとしても、この変形や反り等に影響をあまり受けることなく、枠体を容易に凹部内に挿入することができる。
【００４５】
本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは枠体はアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成ることから、発光素子が発光する光をさらに枠体でより良好に反射することができ、効率良くかつ均一に外部に放射することができる。
【００４６】
また、本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは枠体は表面にアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成る金属層が被着されていることから、発光素子が発光する光を枠体に被着されている金属層でより良好に反射することができ、効率良くかつ均一に外部に放射することができる。
【００４７】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、搭載部に搭載されるとともに配線層に電気的に接続された発光素子と、発光素子を覆う透明樹脂とを具備していることにより、発光素子が発光する光を良好に反射し、均一かつ効率良く外部に放射することができる、発光効率の高い高性能のものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の発光素子収納用パッケージの平面図である。
【図３】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図５】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図７】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図８】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図９】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図１０】従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【図１１】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基体
２：搭載部
３：発光素子
４：凹部
５ａ，５ｂ：配線層
８：枠体
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光ダイオード等の発光素子を用いた表示装置等に用いられる、発光素子を収納するための発光素子収納用パッケージおよび発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発光ダイオード等の発光素子を収納するための発光素子収納用パッケージ（以下、パッケージともいう）として、セラミック製のパッケージが用いられており、その一例を図10に示す（例えば、下記の特許文献１参照）。同図に示すように、従来のパッケージは、複数のセラミック層が積層されて成るとともに上面に凹部14が形成されている直方体状の絶縁基体の凹部14の底面に発光素子13を搭載するための導体層から成る搭載部12が設けられた基体11と、基体11の搭載部12およびその周辺から基体11の下面に形成された一対の配線層15とから主に構成されている。
【０００３】
そして、一方の配線層15の一端が電気的に接続された搭載部12上に発光素子13を導電性接着剤、半田等を介して載置固定するとともに、発光素子13の電極と他方の配線導体15とをボンディングワイヤ16を介して電気的に接続し、しかる後、基体11の凹部14内に図示しない透明樹脂を充填して発光素子13を封止することによって、発光装置が作製される。
【０００４】
また、凹部14の内周面で発光素子13の光を反射させてパッケージの上方に光を放射させるために、凹部14の内周面にニッケル（Ｎｉ）めっき層や金（Ａｕ）めっき層を表面に有するメタライズ層からなる金属層17を被着させていることもある。
【０００５】
また、上記のパッケージはセラミックグリーンシート積層法により以下のようにして製作される。まず、基体11の搭載部12（搭載部から下側）を形成するためのセラミックグリーンシート（以下、グリーンシートともいう）と、基体11の凹部14を形成するためのグリーンシートとを準備し、これらのグリーンシートに配線導体15を導出させるための貫通孔や凹部14となる貫通穴を打ち抜き法で形成する。
【０００６】
次に、搭載部12を形成するためのグリーンシートの積層体Ａの貫通孔および所定の部位に、メタライズ層から成る配線層15形成用の導体ペーストをスクリーン印刷法等で印刷塗布し、また凹部14の内周面にメタライズ層を被着する場合、凹部14を形成するためのグリーンシートの積層体Ｂの貫通穴内面に金属層17形成用の導体ペーストをスクリーン印刷法等で印刷塗布する。
【０００７】
次に、積層体Ａと積層体Ｂとを重ねて接着して基体11を形成するための積層体とし、これを所定寸法に切断して成形体となし、高温（1600℃程度）で焼成して焼結体となす。その後、配線層15および金属層17の露出表面にニッケル，金，パラジウム，白金等の金属から成るめっき金属層を無電解めっき法や電解めっき法により被着させることによって、パッケージが製作される。
【０００８】
【特許文献１】
特開2002−232017号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のパッケージにおいては、スクリーン印刷法で凹部１４の内周面に導体ペーストを印刷塗布して、金属層１７を形成することから、導体ペーストの粘度等の影響により、凹部１４の上部と下部とで金属層１７の厚みが異なりやすく、凹部１４の内周面に所望の均一な厚さおよび角度で金属層１７を形成するのが困難になるという問題点を有していた。また、金属層１７の表面粗さもばらつきやすいという問題点を有していた。従って、発光素子１３が発光する光を効率よく反射し、外部に均一に放射しにくくなるという問題点を有していた。
【００１０】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、発光素子が発光する光を良好に反射して、外部に均一かつ効率良く放射することができる発光素子収納用パッケージおよび発光装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の発光素子収納用パッケージは、絶縁基体の上面に発光素子を収容するための凹部が設けられるとともに、該凹部の底面に前記発光素子が搭載される搭載部および前記発光素子の電極が電気的に接続される配線層が形成されている発光素子収納用パッケージであって、前記凹部にその底面から前記絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように内面が傾斜した金属製の枠体が、その外面が前記凹部の内周面に接着されて嵌着されており、前記凹部の内周面および前記枠体の外面が前記凹部の底面から前記絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように傾斜していることを特徴とする。
【００１２】
本発明の発光素子収納用パッケージは、凹部にその底面から絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように内面が傾斜した金属製の枠体が、その外面が凹部の内周面に接着されて嵌着されており、凹部の内周面および枠体の外面が凹部の底面から絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように傾斜していることから、凹部の内周面の表面状態に影響を受けることはなく、発光素子が発光する光を金属製の枠体の内面で良好に反射し、外部に均一かつ効率良く反射することができる。また、凹部の内周面および枠体の外面が凹部の底面から絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように傾斜していることから、凹部の内周面や上端部に若干の変形や反り等が発生したとしても、この変形や反り等に影響をあまり受けることなく、枠体を容易に凹部内に挿入することができる。
【００１３】
本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは、前記枠体は、アルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成ることを特徴とする。
【００１４】
本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは枠体はアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成ることから、発光素子が発光する光をさらに枠体でより良好に反射することができ、効率良くかつ均一に外部に放射することができる。
【００１５】
また、本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは、前記枠体は、表面にアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成る金属層が被着されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは枠体は表面にアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成る金属層が被着されていることから、発光素子が発光する光を枠体に被着されている金属層でより良好に反射することができ、効率良くかつ均一に外部に放射することができる。
【００１７】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部に搭載されるとともに前記配線層に電気的に接続された発光素子と、該発光素子を覆う透明樹脂とを具備していることを特徴とする。
【００１８】
本発明の発光装置は、上記の構成により、発光素子が発光する光を良好に反射し、均一かつ効率良く外部に放射することができる、発光効率の高い高性能のものとなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の発光素子収納用パッケージを以下に詳細に説明する。図１は本発明のパッケージについて実施の形態の一例を示す断面図であり、図２は図１におけるパッケージの平面図であり、これらの図において、１は絶縁基体、２は発光素子３の搭載部、３は発光素子、４は発光素子３を収容するための凹部である。
【００２０】
本発明のパッケージは、絶縁基体１の上面に発光素子３を収容するための凹部４が設けられるとともに、凹部４の底面に発光素子３が搭載される搭載部２および発光素子３の電極が電気的に接続される配線層５ａ，５ｂが形成されているものであって、凹部４にその底面から絶縁基体１の上面に向けて外側に広がるように内面が傾斜した金属製の枠体８が、その外面が凹部４の内周面に接着されて嵌着されており、凹部４の内周面および枠体８の外面が凹部４の底面から絶縁基体１の上面に向けて外側に広がるように傾斜している。
【００２１】
本発明の絶縁基体１はセラミックスや樹脂から成り、セラミックスからなる場合、例えば酸化アルミニウム質焼結体（アルミナセラミックス），窒化アルミニウム質焼結体，ムライト質焼結体，ガラスセラミックス質焼結体等のセラミックスから成る絶縁層を複数層積層してなる直方体状の箱状体であり、上面の中央部に発光素子３を収容するための凹部４が形成されている。絶縁基体１が例えば酸化アルミニウム質焼結体から成る場合、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等の原料粉末に適当な有機バインダー、溶剤等を添加混合して泥漿状となし、これを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等によりシート状に成形してグリーンシート（セラミック生シート）を得、しかる後、グリーンシートに凹部４用の貫通孔を打ち抜き加工で形成するとともに、発光素子３を搭載するためのグリーンシートと凹部４用のグリーンシートとを複数枚積層し、高温（約1600℃）にて焼成し、一体化することで形成される。
【００２２】
また、凹部４の底面には発光素子３を搭載するための導体層から成る搭載部２が形成されており、搭載部２はタングステン（Ｗ），モリブデン（Ｍｏ），銅（Ｃｕ），銀（Ａｇ）等の金属粉末のメタライズ層から成っている。
【００２３】
また、絶縁基体１は、搭載部２およびその周辺から絶縁基体１の下面に形成された配線層５ａ，５ｂが被着形成されている。配線層５ａ，５ｂは、ＷやＭｏ等の金属粉末のメタライズ層から成り、凹部４に収容された発光素子３を外部に電気的に接続するための導電路である。そして、搭載部２には発光ダイオード（ＬＥＤ），半導体レーザ（ＬＤ）等の発光素子３が金（Ａｕ）−シリコン（Ｓｉ）合金やＡｇ−エポキシ樹脂等の導電性接合材により固着されるとともに、配線層５ｂには発光素子３の電極がボンディングワイヤ６を介して電気的に接続されている。そして、基体１下面の配線層５ａ，５ｂが外部電気回路基板の配線導体に接続されることで発光素子３の各電極と電気的に接続され、発光素子３へ電力や駆動信号が供給される。また、発光素子３は搭載部２および配線層５ｂにフリップチップ実装により接続されても構わない。
【００２４】
配線層５ａ，５ｂは、例えばＷやＭｏ等の金属粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して得た金属ペーストを基体１となるグリーンシートに予めスクリーン印刷法により所定パターンに印刷塗布しておくことによって、基体１の所定位置に被着形成される。
【００２５】
なお、配線層５ａ，５ｂおよび搭載部２の露出する表面に、ニッケル（Ｎｉ），金（Ａｕ），Ａｇ等の耐蝕性に優れる金属を１〜20μｍ程度の厚みで被着させておくのがよく、配線層５ａ，５ｂおよび搭載部２が酸化腐蝕するのを有効に防止できるとともに、搭載部２と発光素子３との固着および配線層５ｂとボンディングワイヤ６との接合、配線層５ａ，５ｂと外部電気回路基板の配線導体との接合を強固にすることができる。従って、配線層５ａ，５ｂおよび搭載部２の露出表面には、厚さ１〜10μｍ程度のＮｉめっき層と厚さ0.1〜３μｍ程度のＡｕめっき層またはＡｇめっき層とが、電解めっき法や無電解めっき法により順次被着されていることがより好ましい。
【００２６】
そして、本発明において、凹部４にその底面から絶縁基体１の上面に向けて外側に広がるように内面が傾斜した金属製の枠体８が嵌着されている。これにより、凹部４の内周面の表面状態に影響を受けることなく、発光素子３が発光する光を枠体８の内面で良好に反射し、均一かつ効率良く反射することができる。この枠体８は、樹脂接着剤により凹部４の内周面に接着されて嵌着されており、凹部４の内周面に接合用のメタライズ層を形成し、Ａｇろう等によりろう付けして接合されていても良い。また、凹部４内に発光素子３を収容し、ボンディングワイヤ６等を介して電気的接続を行った後に、凹部４内に封入する透明樹脂によって、発光素子３とともに枠体８内面を覆って封止し、枠体８が凹部４に嵌着された状態としても良い。
【００２７】
また、枠体８の貫通穴の内面の表面の算術平均粗さＲａは１〜３μmが好ましい。１μm未満であると、凹部４内に収容された発光素子３が発光する光を均一に反射させることが難しくなり、反射する光の強さに偏りが発生し易くなる。３μmを超えると、凹部４内に収容された発光素子３が発光する光が散乱し、反射光を高い反射率で外部に均一に放射することが困難になる。
【００２８】
また、枠体８が嵌着される凹部４は、横断面形状が円形状、長円形状、楕円形状、四角形状等であっても良い。また、図３の断面図で示すように、凹部４の内周面および枠体８の外面を凹部４の底面から絶縁基体１の上面に向けて広がるように５〜１５°程度（θ２：７５〜８５°程度）の若干の角度を有するように傾斜させ、このことから、凹部４の内周面や上端部に若干の変形や反り等が発生したとしても、この変形や反り等に影響をあまり受けることなく、枠体８を容易に凹部４内に挿入することができる。
【００２９】
さらに、図４にパッケージの断面図で示すように、枠体８の上端部に絶縁基体１の上面に延出するように外側に折り曲げられた延出部が形成されていてもよく、この場合枠体８の凹部４への上下方向での嵌め込み位置を正確に位置決めすることができる。また、枠体８の下面と凹部４の底面との間に隙間が形成されるようにすることができ、枠体８と搭載部２および配線層５ａ，５ｂとが接触して短絡等が発生するのを防ぐことができ、また、その隙間の部位の凹部４の底面に搭載部２や配線層５ａ，５ｂを形成することでそれらの形成領域を広くすることができ、さらに、その隙間に発光素子３を覆う透明樹脂が入り込むようにして凹部４内に透明樹脂を強固に接着することができる。この場合、絶縁基体１の上面と凹部４との間に段差を形成して、その段差に枠体８の上端部の延出部が係止されるようにしてもよい。
【００３０】
また、図５にパッケージの断面図で示すように、枠体８の内面で発光素子３の発光部よりも低い部位を凹部４の底面に直交するように形成してもよく、この場合凹部４の底面の面積が増大するとともに枠体８と搭載部２および配線層５ｂとが接触して短絡等が発生するのを防ぐことができる。
【００３１】
本発明の発光素子収納用パッケージにおいては、枠体８の貫通穴が円錐台形状、長円錐台形状、楕円錐台形状の略円錐台形状、または四角錐台形状等の多角錐台形状であるのがよく、この場合、発光素子３が発光する光を枠体８で良好に反射し、外部に均一かつ効率良く放射することができる。特に、円錐台形状であるのがよく、凹部４に収容された発光素子３が発光する光を枠体８内面で満遍なく反射させて外部に極めて均一に放射することができるという利点がある。
【００３２】
また、図２においては、横断面形状が円形状の凹部４に円錐台形状の貫通穴が形成された枠体８が嵌着されているが、凹部４の形状と枠体８の貫通穴の形状は異なっていても良く、図６に平面図で示すように、四角形状の凹部４に円錐台形状の貫通穴が形成された枠体８を嵌着しても良いし、図７に平面図で示すように、四角形状の凹部４に四角錐台形状の貫通穴が形成された枠体８を嵌着しても良い。
【００３３】
また、枠体８の貫通穴の内面は、凹部４の底面から絶縁基体１の上面に向けて35〜70°の角度θ１で外側に広がっていることが好ましい。角度θ１が70°を超えると、凹部４内に収容された発光素子３が発光する光を外部に対して良好に反射することが困難となる傾向にある。一方、角度θ１が35°未満であると、枠体８が大型化しパッケージが大型化してしまう。
【００３４】
また、図８にパッケージの断面図に示すように、枠体８の内面が凹んだ曲面とされていてもよく、この場合発光素子３の光をほぼ平行光として収束させて高い輝度で外部に反射させることができる。また、この場合は、枠体８の貫通穴の横断面形状は円形状であることが好ましい。なお、図８のものにおいて、枠体８の内面の傾斜角度は、例えば枠体８の内面の上端と下端とを結ぶ線分によって規定される。
【００３５】
また、枠体８は、好ましくはアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成ることから、発光素子３が発光する光を枠体８でより良好に反射することができ、効率良くかつ均一に外部に放射することができる。特に、枠体８はアルミニウムから成るのがよく、この場合、枠体８が酸化腐食されにくいとともに、発光素子３の光波長の変動による光の反射率の変動も小さくなるので、広い用途に使用することができる。
【００３６】
また、枠体８として、アルミニウム（熱膨張係数約23.5×10−６／℃程度），銀（熱膨張係数約19.1×10−６／℃程度），金（熱膨張係数約14.1×10−６／℃程度），パラジウム（熱膨張係数約11.8×10−６／℃程度）または白金（熱膨張係数約8.8×10−６／℃程度）を用いる場合、絶縁基体１と枠体８との間に、熱膨張係数が絶縁基体１と枠体８との間にある金属板を介装させても良い。例えば、絶縁基体１としてアルミナセラミックス（熱膨張係数７×10−６〜８×10−６／℃程度）等から成るものを用いる場合、絶縁基体１と枠体８との熱膨張係数差により発生する熱応力を緩和するために、絶縁基体１と枠体８との間にＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（熱膨張係数６×10−６〜10×10−６／℃程度）、Ｃｕ−Ｗ合金（熱膨張係数６×10−６〜11×10−６／℃程度）等の、より枠体８に熱膨張係数の近い金属板を用いるのがよい。これにより、絶縁基体１と枠体８との熱膨張係数差により発生する熱応力を緩和して、枠体８の剥がれ等を有効に防止することができる。
【００３７】
なお、枠体８は、アルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかを主成分とする合金であっても良い。
【００３８】
また、本発明における枠体８は、表面にアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成る金属層が被着されていることが好ましく、発光素子３が発光する光を枠体８に被着された金属層で良好に反射して、効率良くかつ均一に外部に放射することができる。このような枠体８は、図９に示すように、枠体８の内面にアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成る金属層８ａを被着したものである。特に、金属層８ａはアルミニウムから成るのがよく、酸化腐食やマイグレーション等の不具合が発生しにくいとともに、発光素子３の光波長の変動による光の反射率の変動も小さくなるので、広い用途に使用することができる。
【００３９】
また、枠体８として絶縁基体１に熱膨張係数の近い材質のものを使用するとよい。例えば、絶縁基体１としてアルミナセラミックス（熱膨張係数７×10−６〜８×10−６／℃程度）等から成るものを用い、枠体８として絶縁基体１に熱膨張係数の近いＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ合金（熱膨張係数６×10−６〜10×10−６／℃程度）等を使用すると、枠体８の剥がれ等を有効に防止することができる。このような枠体８に金属層８ａを被着すると、枠体８を絶縁基体１に強固に嵌着することができるとともに、発光素子３の発光する光に対する反射率を高いものとすることができる。
【００４０】
また、金属層８ａは、枠体８の発光素子３側の表面（内面）にのみ被着していても良いし、枠体８の全面に被着していてもよい。
【００４１】
なお、金属層８ａはアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかを主成分とする合金層であっても良い。
【００４２】
本発明の発光装置は、本発明のパッケージと、搭載部２に搭載された発光素子３と、発光素子３を覆うシリコーン樹脂等の透明樹脂とを具備している。これにより、発光素子３が発光する光を良好に反射し、均一かつ効率良く外部に放射することができる、発光効率の高い高性能のものとなる。発光素子３を覆う透明樹脂は、発光素子３およびその周囲のみを覆っていてもよいし、凹部４内に充填されて発光素子３を覆っていてもよい。
【００４３】
なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。例えば、図11にパッケージの断面図で示すように、搭載部２は、凹部４の底面の絶縁基体１上面の搭載領域として、凹部４の底面に樹脂接着剤等の接合材を介して発光素子３を直接搭載するものとし、搭載部２の周囲に発光素子３の電極が接続される配線層５ａ，５ｂを形成していても良い。この場合、搭載部２に発光素子３が搭載されるとともに、配線層５ａ，５ｂに発光素子３の電極がボンディングワイヤ６ａ，６ｂを介して電気的に接続される。また、金属製の枠体８と金属層８ａとの間にニッケル等から成る金属層を介在させていても良い。
【００４４】
【発明の効果】
本発明の発光素子収納用パッケージは、絶縁基体の上面に形成された凹部にその底面から絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように内面が傾斜した金属製の枠体が、その外面が凹部の内周面に接着されて嵌着されており、凹部の内周面および枠体の外面が凹部の底面から絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように傾斜していることから、凹部の内周面の表面状態に影響を受けることはなく、発光素子が発光する光を金属製の枠体の内面で良好に反射し、外部に均一かつ効率良く反射することができる。また、凹部の内周面および枠体の外面が凹部の底面から絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように傾斜していることから、凹部の内周面や上端部に若干の変形や反り等が発生したとしても、この変形や反り等に影響をあまり受けることなく、枠体を容易に凹部内に挿入することができる。
【００４５】
本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは枠体はアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成ることから、発光素子が発光する光をさらに枠体でより良好に反射することができ、効率良くかつ均一に外部に放射することができる。
【００４６】
また、本発明の発光素子収納用パッケージは、好ましくは枠体は表面にアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成る金属層が被着されていることから、発光素子が発光する光を枠体に被着されている金属層でより良好に反射することができ、効率良くかつ均一に外部に放射することができる。
【００４７】
本発明の発光装置は、本発明の発光素子収納用パッケージと、搭載部に搭載されるとともに配線層に電気的に接続された発光素子と、発光素子を覆う透明樹脂とを具備していることにより、発光素子が発光する光を良好に反射し、均一かつ効率良く外部に放射することができる、発光効率の高い高性能のものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の発光素子収納用パッケージの平面図である。
【図３】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図４】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図５】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図７】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す平面図である。
【図８】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図９】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図である。
【図１０】従来の発光素子収納用パッケージの断面図である。
【図１１】本発明の発光素子収納用パッケージについて実施の形態の他の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１：絶縁基体
２：搭載部
３：発光素子
４：凹部
５ａ，５ｂ：配線層
８：枠体
Claims (4)
- 絶縁基体の上面に発光素子を収容するための凹部が設けられるとともに、該凹部の底面に前記発光素子が搭載される搭載部および前記発光素子の電極が電気的に接続される配線層が形成されている発光素子収納用パッケージであって、前記凹部にその底面から前記絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように内面が傾斜した金属製の枠体が、その外面が前記凹部の内周面に接着されて嵌着されており、前記凹部の内周面および前記枠体の外面が前記凹部の底面から前記絶縁基体の上面に向けて外側に広がるように傾斜していることを特徴とする発光素子収納用パッケージ。
- 前記枠体は、アルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成ることを特徴とする請求項１記載の発光素子収納用パッケージ。
- 前記枠体は、表面にアルミニウム，銀，金，パラジウムまたは白金のいずれかから成る金属層が被着されていることを特徴とする請求項１記載の発光素子収納用パッケージ。
- 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の発光素子収納用パッケージと、前記搭載部に搭載されるとともに前記配線層に電気的に接続された発光素子と、該発光素子を覆う透明樹脂とを具備していることを特徴とする発光装置。
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